Marquage isotopique

La méthode de marquage isotopique (également méthode des composés marqués isotopiquement ou technique du traceur ) décrit l'insertion systématique d' isotopes définis dans des composés organiques. En échangeant des isotopes, deux molécules ou atomes marqués peuvent être distingués au cours de réactions chimiques . Les informations obtenues peuvent être utilisées pour clarifier les mécanismes de réaction.

Propriétés

Dans une réaction chimique, seuls les matériaux de départ et les produits sont généralement reconnaissables. Le rôle de deux atomes liés différemment au cours de la réaction peut être étudié par marquage isotopique. L'avantage du marquage isotopique est qu'il ne nécessite pas l'ajout de substances interférentes. Après la réaction, l'isotope utilisé pour le marquage peut être détecté dans le produit et sa situation de liaison correspondante au moyen de méthodes analytiques telles que la technologie RMN ou la spectrométrie de masse .

Exemple de composé marqué par un isotope

Etant donné que les composés marqués sont généralement des substances coûteuses, un composé marqué est dilué avec un excès de composé non marqué. Des exemples d'échange d'isotopes sont le remplacement de H par de l' hydrogène lourd tel que D ( deutérium ) ou T ( tritium ), 12 C par 13 C, 14 C ou 16 O par 17 O, 18 O.

Applications

Melvin Calvin a appliqué le marquage isotopique pour découvrir le cycle de Calvin . L' expérience de Meselson-Stahl est un autre exemple bien connu de l'application du marquage isotopique; l'expérience a démontré la réplication semi-conservatrice de l'ADN.

Élucidation des mécanismes de réaction

Un exemple de l'utilisation du marquage isotopique comme méthode d'élucidation en chimie organique résulte, selon Roberts et Urey, avec la formation d'ester . L'élucidation du mécanisme associé a d'abord soulevé la question de savoir si l' atome d'oxygène hydroxyde à liaison alkyle de l'alcool est présent dans l'ester ou dans l'eau formée après la fin de la réaction. En utilisant un alcool marqué au 18 O (indiqué en bleu ci-dessous), il pourrait être montré que l' isotope 18 O ne peut être détecté que dans l'ester, c'est-à-dire que seul le chemin de réaction supérieur ( A ) a lieu (une seule direction de la réaction est considéré, où l'oxygène habituellement lié est l' isotope 16 O):

Exemple de motivation du marquage isotopique basé sur une réaction d'estérification

L'instabilité du groupe carbonyle de l'acide carboxylique au cours de la formation d'ester pourrait également être déterminée au moyen d'un marquage isotopique .

Méthode biotechnologique - marquage métabolique

Des composés marqués isotopiquement ciblés tels que des médicaments , des principes actifs dans des pesticides ou des protéines sont produits afin de pouvoir examiner le métabolisme de ces substances de manière ciblée. Au moyen de substances actives marquées par des isotopes, la dégradation de ces substances dans l'organisme, leur excrétion (par exemple via l'urine) et leur devenir dans l'environnement peuvent être étudiées. Ceci est réalisé, par exemple, avec la méthode de marquage métabolique , dans laquelle certaines cultures cellulaires peuvent être enrichies dans des milieux nutritifs spéciaux avec, entre autres, des composés marqués isotopiquement (par exemple 35 S) afin de pouvoir examiner ultérieurement leur sort dans le métabolisme des organismes.

Méthode SILAC

Le procédé de marquage métabolique est par exemple utilisé dans le cadre de la méthode SILAC (par exemple sous la forme d'un marquage 15 N).

Utiliser dans d'autres méthodes

Une variante chimique du marquage isotopique est le marquage au diméthyle ( ICAT ).

Le marquage isotopique est également utilisé sous forme de marquage isobare .

Production possible d'un composé marqué par un isotope

A titre d'exemple, 13 le dioxyde de carbone C-marqué peut être produit à partir de 13 carbonate de baryum C-marqué ( 1 ) par addition d' acide sulfurique . Le dioxyde de carbone marqué peut ensuite être converti en l'acide carboxylique ( 2 ) avec un 13 groupe carbonyle C marqué par une réaction de Grignard avec du bromure de butyl magnésium .

Exemple de synthèse d'un acide carboxylique marqué au 13C

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